Galaxen Messier 77 (M77) är känd för sin superaktiva kärna som släpper ut enorm energi över det elektromagnetiska spektrumet, allt från röntgen till radiovåglängder. Än, trots sin mycket aktiva kärna, galaxen ser ut som vilken normal tyst spiral som helst. Det finns inga visuella tecken på vad som orsakar dess centrala region att stråla så mycket. Det har länge varit ett mysterium varför bara centrum av M77 är så aktivt. Astronomer misstänker en händelse sedan länge med ett sjunkande svart hål, som kunde ha sparkat kärnan i högväxel.

För att testa deras idéer om varför den centrala delen av M77 strålar massiva mängder strålning, ett team av forskare vid National Astronomical Observatory of Japan och Open University of Japan använde Subaru -teleskopet för att studera M77. Den oöverträffade djupa bilden av galaxen avslöjar bevis på en dold mindre fusion för miljarder år sedan. Upptäckten ger avgörande bevis för det mindre sammanslagna ursprunget för aktiva galaktiska kärnor.

Mysteriet om Seyfert Galaxies

Galaxen Messier 77 (NGC 1068) är känd för att ha en aktiv kärna i kärnan som frigör en enorm mängd energi. Förekomsten av sådana aktiva galaxer i det närliggande universum noterades först av den amerikanska astronomen Carl Seyfert för mer än 70 år sedan. Numera kallas de Seyfert -galaxerna. Astronomer tror att källan till sådan kraftfull aktivitet är gravitationenergin som släpps ut från överhettad materia som faller ner på ett supermassivt svart hål (SMBH) som finns i mitten av värdgalaxen. Den uppskattade massan av en sådan SMBH för M77 är cirka 10 miljoner gånger solens.

Det krävs en enorm mängd gas som dumpas på galaxens centrala svarta hål för att skapa så starka energier. Det kan låta som en lätt uppgift, men det är faktiskt väldigt svårt. Gasen i den galaktiska skivan cirkulerar snabbare och snabbare när den spiraler in i närheten av SMBH. Sedan, vid något tillfälle balanserar "centrifugalkraften" med tyngdkraften hos SMBH. Det förhindrar faktiskt att gasen faller in i mitten. Situationen liknar vatten som rinner ut ur ett badkar. På grund av centrifugalkraften, det snabbt roterande vattnet rinner inte ut snabbt. Så, hur kan vinkelmomentet avlägsnas från gasen som kretsar nära en aktiv galaktisk kärna? Att hitta svaret på den frågan är en av de stora utmaningarna för forskare idag.

En förutsägelse för 18 år sedan

År 1999, Professor Yoshiaki Taniguchi (för närvarande vid Open University of Japan), teamledaren för den aktuella Subaru -studien, publicerade ett papper om drivmekanismen för den aktiva kärnan i Seyfert-galaxer som M 77. Han påpekade att en tidigare händelse-en "mindre fusion" där värdgalaxen åt upp sin "satellit" -galax (en liten lågmassagalax kretsar kring det) - skulle vara nyckeln till att aktivera Seyfert -kärnan.

Vanligtvis, en mindre fusionshändelse bryter helt enkelt upp en lågmassasatellittgalax. Det resulterande skräpet absorberas i skivan i den mer massiva värdgalaxen innan det närmar sig mitten. Därför, den ansågs inte vara den främsta drivkraften för kärnkraftsaktiviteten. "Dock, situationen kan vara helt annorlunda om satellitgalaxen har ett (mindre) SMBH i mitten, "Professor Taniguchi föreslår, "eftersom det svarta hålet aldrig kan brytas isär. Om det finns, den ska så småningom sjunka in i mitten av värdgalaxen. "

Det sjunkande SMBH från satellitgalaxen skulle så småningom skapa en störning i den roterande gasskivan runt huvudgalaxens SMBH. Sedan, den störda gasen skulle så småningom rusa in i centrala SMBH samtidigt som den frigjorde enorm gravitationsenergi. "Detta måste vara den huvudsakliga tändningsmekanismen för de aktiva Seyfert -kärnorna, "Hävdade Taniguchi." Idén kan naturligtvis förklara mysteriet om Seyfert -galaxernas morfologi, "sade professor Taniguchi, påpekar fördelen med att modellen med normalt utseende galaxer också är mycket aktiv vid sina kärnor.

Undersöka teorin med hjälp av Subaru -teleskopet

De senaste framstegen inom observationsteknik möjliggör detektion av den extremt svaga strukturen runt galaxer, såsom slingor eller skräp som sannolikt skapas av dynamiska interaktioner med satellitgalaxer. De yttersta delarna av galaxer betraktas ofta som relativt "tysta" med en längre dynamisk tidsskala än någonstans inuti. Simuleringar visar att den svaga signaturen av en tidigare mindre sammanslagning kan förbli flera miljarder år efter händelsen. "En sådan signatur kan vara ett nyckeltest för vår mindre fusionhypotes för Seyfert -galaxer. Nu är det dags att återkomma till M77, sa Taniguchi.

Lagets val att leta efter 'det tidigare fallet' var, självklart, Subaru -teleskopet och dess kraftfulla bildkamera, Hyper Suprime-Cam. Det observerande förslaget accepterades och genomfördes på julafton 2016. "Uppgifterna var bara fantastiska, "sade Dr Ichi Tanaka, projektets huvudutredare. "Lyckligtvis, vi kunde också hämta den andra data som togs tidigare och just släpptes från Subaru Telescope's dataarkiv. Således, den kombinerade data vi fick äntligen är oöverträffad djup. "

Figur 2 visar resultatet. Teamet har identifierat flera anmärkningsvärda funktioner utanför den ljusa disken som visas i figur 1, varav de flesta inte var kända före observationen. Det finns en svag yttre enarmsstruktur utanför skivan i väster. Den motsatta delen av skivan har en krusliknande struktur som klart skiljer sig från spiralmönstret. De upptäckta signaturerna matchar otroligt mycket med resultatet av en mindre sammanslagningssimulering publicerad av andra forskargrupper. Vad är mer, det observerande teamet upptäckte tre extremt diffusa och stora blobbiga strukturer längre utanför disken. Intressant nog, det verkar som om två av dessa diffusa klumpar faktiskt utgör en gigantisk slinga runt M77 med en diameter på 250, 000 ljusår. Dessa strukturer är övertygande bevis på att M77 åt upp sin satellitgalax för minst flera miljarder år sedan.

Subarus stora fotoninsamlande kraft och suveräna prestanda för Hyper Suprime-Cam var avgörande för upptäckten av de extremt svaga strukturerna i M77. Deras upptäckt avslöjar den normalt utseende galaxens dolda våldsamma förflutna ... "Även om människor ibland kan ljuga, galaxer gör aldrig. Det viktiga är att lyssna på deras små röster för att förstå galaxerna, sa professor Taniguchi.

Teamet kommer att utöka sin studie till fler Seyfert -galaxer med hjälp av Subaru -teleskopet. Dr Masafumi Yagi, som leder nästa fas av projektet sa:"We will discover more and more evidences of the satellite merger around Seyfert host galaxies. We expect that the project can provide a critical piece for the unified picture for the triggering mechanism for active galactic nuclei."